DE638659C - Einrichtung zur Spannungsregelung von Wechselstromgeneratoren mittels gittergesteuerter Dampf- oder Gasentladungsstrecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sieh auf eine Einrichtung zur Spannungsregelung von Wechselstromgeneratoren, deren Erregerwicklung über gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken mit im wesentlichen lichtbogenförmiger Entladung in Gleichrichterschaltung aus dem Wechselstromnetz gespeist wird. Die Regelung der Spannung soll durch Beeinflussung der Generatorerregung erfolgen. Zur Durchführung derartiger Regelungen sind bereits Anordnungen bekanntgeworden, bei denen mehrere Entladungsstrecken kaskadenartig zusammenarbeiten. Bei diesen bekannten Anordnungen werden stets mehrelektrodige Entladungsstrecken mit teils reiner Elektrodenentladung, teils lichtbogenförmiger Entladung verwendet, die sämtlich gesteuert werden. Zur Lieferung der Regelleistung dienen dabei die Entladungsstrecken mit lichtbogenförmiger Entladung. Der Entladungseinsatz in diesen Entladungsstrecken wird bestimmt durch die von den vorgeschalteten Elektronenröhren gelieferte Spannung, die sich in Abhängigkeit von der zu regelnden Betriebsgröße vermöge der Gittersteuerung der Elektronenröhren stetig ändert. Diese Anordnung hat nun vor allem den Nachteil, daß sämtliche in der Kaskade verwendeten Entladungsstrecken gesteuert werden müssen und einen entsprechend verwickelten und teuren Aufbau der Schaltung bedingen.

Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß eine im Endeffekt gleichartige Regelung in ungleich einfacherer Weise erzielt werden kann. Der Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, welche in der ersten Kaskadenstufe die' Verwendung einfachster zweielektrodiger, d. h. ungesteuerter Entladungsstrecken gestattet, im Hinblick auf ihre Billigkeit also vorzugsweise die Anwendung von Glimmlampen. Erfindungsgemäß ist die Glimmlampe im Steuerkreis der die Erregerwicklung des Wechselstromgenerators speisenden Dampf- oder Gasentladungsstrekken angeordnet und an eine von der zu regelnden Spannung abhängige Spannung angeschlossen; die Schaltung ist dabei derart getroffen, daß die Glimmröhre bei einer bestimmten Abweichung der Spannung vom Sollwert nach oben zündet und damit die Er-

regung so beeinflußt,, daß die zu regelnde Spannung den Sollwert wieder unterschreitet, und daß sie bei Abweichungen der zu regelnden Spannung vom Sollwert nach unten gesperrt ist, wodurch die Erregung des Generators derart gesteuert wird, daß die zu; regelnde Spannung den Sollwert wieder überschreitet; die Regelung arbeitet also im wesentlichen nach Art eines Tirrillreglers. ίο Mehrere Ausführungsformen der Erfindung, die zugleich einige weitere, für den Ausbau der Erfindung wertvolle Merkmale erkennen lassen, werden im folgenden beschrieben und sind in den Abb. ι und 4 der Zeichnung schematisch dargestellt. Die Abb. 2 und 3 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise.

In der Abb. 1 bedeutet 1 einen Einphasenwechselstromgenerator, welcher das Verbrauao chernetz 2 speist. Der Generator besitzt eine Feldwicklung 3, in deren Stromkreis ein Gasoder Dampf entladungsgefäß 4 mit Lichtbogenentladung, außerdem die Sekundärwicklung eines Transformators 5 und ein einstellbarer Widerstand 6 liegen. Die Primärwicklung des Transformators S ist an den Verbraucherkreis 2 angeschlossen. Die Glühkathode des Entladuhgsgefäßes 4 wird ebenfalls aus dem Verbrauchernetz 2 gespeist, und zwar über einen Heiztransformator 7. In dem Gitterkreis der Entladungsröhre 4 liegt eine bei einem bestimmten Spannungswert zündende Entladungsstrecke 8, vorzugsweise eine Glimmlampe, ferner die Sekundärwicklung eines weiteren Hilfstransformators 9, der primärseitig ebenfalls an das Verbrauchernetz 2 angeschlossen ist, und ein Kondensator 10, welcher der Glimmlampe und der Sekundärwicklung des Transformators 9 parallel geschaltet ist. Von dem Widerstand 11, welcher dem Kondensator 10 parallel liegt, kann vorläufig abgesehen werden.

Die Glimmröhre 8 kann von beliebiger Konstruktion sein und ist mit einem Edelgas solchen Druckes gefüllt, daß sie eine im wesentlichen unveränderliche Zündspannung besitzt. Die in der Abb. 1 dargestellte Konstruktion ist besonders vorteilhaft. Bei ihr bestehen die beiden Elektroden aus zwei Drähten, welche im Winkel zueinander und ohne sich gegenseitig zu schneiden (windschief zueinander) angeordnet sind. Um einen möglichst ausgedehnten Teil der Elektroden als Ansatzstelle für die Entladung zu erhalten, ist die Anordnung im allgemeinen so zu treffen, daß eine auf beiden Elektrodendrähten senkrecht stehende Gerade die Elektroden jeweils möglichst in der Mitte zwischen den beiden Einschmelzungen jedes Elektrodendrahtes schneidet. Da die Glimmröhre eine bestimmte Menge Gas innerhalb eines bestimmten Volumens enthält, ist die mittlere freie Weglänge eines Ions und daher auch die ■Durchbruchsspannung praktisch unabhängig y-ypU der Temperatur. Da die Ionisierung oberhalb der Durchbruchsspannung außer-,; ordentlich schnell vor sich geht, ist die Durch-' 'bruchsspinnung ebenfalls unabhängig von der Frequenz, mit der die Lampe beansprucht wird. Wenn zur Füllung ein Edelgas, wie z. B. Argon, verwendet wird, werden die Elektroden durch die Entladung nur wenig . zersetzt.

Bei dem in der Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel findet die Steuerung des Entladungsgefäßes 4 in der Weise statt, daß, solange sich die Generatorspannung unter dem Sollwert befindet, während der ganzen positiven Anodenspannungshalbwelle Strom durch das Entladungsgefäß 4 fließt, daß dagegen, wenn die Generatorspannung über der Durchbruchsspannung der Glimmlampe liegt, an dem Steuergitter des Entladungsgefäßes 4 ein Potential zustande kommt, welches den Stromdurchtritt durch das Gefäß nur während eines Teiles der positiven Anodenspannungshalbwelle gestattet. Hierdurch werden Änderungen in dem Erregerstrom des Generators erzeugt, die einen mittleren Erregerstrom zur Folge haben, welcher die gewünschte Spannung aufrechterhält. Die Wirkungsweise ist bis zum gewissen Grade mit dem öffnen und Schließen der Kontakte eines Tirrillreglers vergleichbar.

Die Arbeitsweise der Einrichtung kann an Hand der Abb. 2 leicht verfolgt werden. Die Anodenspannung des Entladungsgefäßes 4 ist dort mit E_a bezeichnet. Wenn die Generator-Spannung sich unterhalb der Durchbruchsspannung der Glimmlampe befindet, läßt das Gefäß 4 während der vollen Dauer der positiven Anodenspannungshalbwelle Strom passieren. Der mittlere Erregerstrom wird demgemäß verstärkt, und die Generatorspannung steigt an. Wenn nun während einer der folgenden negativen Halbwellen der Anodenspannung die Durchbruchsspannung der Glimmröhre 8 erreicht wird, wird der Kondensator 10 aufgeladen. Die an ihm liegende Spannung bleibt zunächst erhalten und ist daher durch die parallel zur Zeitachse verlaufende Gerade B_c in Abb. 2 gegeben. Das Steuergitter des Gefäßes 4 erhält somit eine negative Spannung, und zu Beginn der nächsten positiven Anodenspannungshalbwelle kann daher keine neue Entladung einsetzen. In der Mitte dieser positiven Anodenspannungshalbwelle zündet die Glimmlampe von neuem, und der Kondensator 10 wird auf eine Spannung entgegengesetzten Vorzeichens umgeladen. Nun setzt auch die Entladung in dem Gefäß 4 wieder ein* und wird erst zu Be-

endigung der positiven Anodenspannungshalbwelle unterbrochen. In dieser Weise wird der Erregerstrom des Generators, sofern der Spannungssollwert überschritten wird, auf den halben Betrag desjenigen Stromes herabgesetzt, der bei einer Unterschreitung des Spannungssollwertes fließt.

Die eben beschriebene Ausführungsform kann bezüglich der Größe des Regelbereiches

ίο noch verbessert werden, wenn man der an der Glimmlampe und damit der an dem Steuergitter des Entladungsgefäßes 4 liegenden Spannung eine Nacheilung gegenüber der Anodenspannung dieses Gefäßes erteilt. Die

t5 von dem Gefäße bei Zündung der Glimmlampe durchgelassene Strommenge kann dann weniger als 50 Prozent des bei Nichtzündung der Glimmlampe durchgelassenen Stromes betragen. Wenn die Spannung an der Glimm-

ao lampe der Anodenspannung um 60 ° nacheilt, beträgt der bei Zündung der Lampe durchgelassene Strom nur einige Prozent des bei Nichtzündung der Lampe auftretenden.

Eine weitere Ausführungsform ist durch die Verwendung eines Entladewiderstandes 11 parallel zu dem Kondensator 10 gegeben. Wenn die Größe dieses Widerstandes so gewählt wird, daß die Zeitkonstante des aus dem Kondensator 10 und dem Widerstand 11 bestehenden Stromkreises ungefähr gleich der Halbschwingungsdauer der Gitterspannung ist, kann der Zündpunkt der Entladung in dem Gefäß 4 nach Wunsch auf einen Zeitpunkt, der früher oder später als die Spannungsspitze der Anodenspannung liegt, verschoben werden. Die Zeitspanne, die erforderlich ist, um das Gitterpotential auf den Zündwert abklingen zu lassen, hängt von der anfänglichen Spannung am Kondensator ab, die ihrerseits durch den Überschuß der zu regelnden Spannung über die Durchbruchsspannung der Glimmlampe bestimmt ist. Eine geringe Zunahme der Generatorspannung hat dann zur Folge, daß der Strom durch das Gefäß 4 auf wenige Prozent des bei Niehtzündung der Lampe auftretenden Betrages reduziert wird. Diese Art des Steuervorganges für das Gefäß 4 läßt sich an Hand der Abb. 3 leicht verfolgen. Die Kurve. E_a stellt wieder die Anodenspannung für das Gefäß 4 dar, die Kurve E₀ die Spannung am Kondensator 10, wenn während einer negativen Halbwelle die Spannungsspitze die Durchbruchsspannung der Glimmlampe überschritten hat. Die Ladung des Kondensators 10 fließt über den Widerstand 11 ab, und die Spannung am Kondensator nimmt daher während des zweiten Teiles der negativen Anodenspannungshalbwelle und während der darauffolgenden positiven Anodenspannungshalbwelle langsam ab. Sobald das Steuergitter des Gefäßes 4 auf ein Potential gebracht wird, das dem Zündpotential gegenüber positiv ist, sobald also die Kurve E_c die Zündspannungskurve E_s schneidet, setzt die Entladung in dem Gefäß 4 ein, und es fließt während des restlichen Teiles der Anodenspannungshalbwelle, die in der Abb. 3 schraffiert angedeutet ist, Erregerstrom.

In der Abb. 4 ist eine Ausführungsform zur Spannungsregelung eines mehrphasigen Generators dargestellt. Der Generator ist mit 12, das Verbrauchernetz mit 13 bezeichnet. Die Erregerwicklung 14 des Generators 12 wird von dem seitens einer besonderen Erregermaschine 15 gelieferten Strom gespeist, deren eigene Erregerwicklung 16 an der zur Spannungsregelung dienenden Einrichtung liegt. Es sind an Stelle des einen Entladungsgefäßes 4 der Abb. 1 bei dieser Einrichtung zwei Entladungsgefäße 18 und 19 vorhanden, deren Anodenspannung über einen Transformator 17 aus dem Verbrauchernetz 13 geliefert wird. Jedes dieser Entladungsgefäße besitzt ein Steuergitter und eine Gas- oder Dampffüllung. Die Gefäße 18 und 19 liegen in der an und für sich bekannten Schaltungsanordnung für Vollweggleichrichtung. Der Heizstrom -für die Gefäße 18 und 19 wird über einen Transformator 20 ebenfalls von dem Verbrauchernetz 13 geliefert. Ein einstellbarer Widerstand 21 liegt, ähnlich wie an Hand der Abb. 1 beschrieben, mit der zu erregenden Wicklung 16 in Reihe; des weiteren ist noch ein Kondensator 22 parallel zu der Wicklung 16 angeordnet, welcher dazu dient, die Oberwellen in dem Anodenstrom der Gefäße 18 und 19 zu vermindern. Die Beeinflussung der Gitterspannungen für die beiden Gefäße geschieht durch Ladung und Entladung der Kondensatoren 23 und 24, die in den beiden Gitterkreisen liegen und mit den Kathoden über eine gemeinsame positive Gitterspannungsquelle 25 verbunden sind. Den beiden Kondensatoren sind zwei Widerstände 26 und 27, welche dieselbe Aufgabe besitzen wie der Widerstand 11 in Abb. 1, jeweils parallel geschaltet. Der Ladekreis für die Kondensatoren 23 und 24 enthält die Glimmlampe, die mit 28 bezeichnet ist. Um einen möglichst weiten. Regelbereich zu erhalten, wird die der Glimmlampe zugeführte Spannung dem Verbrauchernetz 13 über eine phasenverschiebende Einrichtung, nämlich einen Drehtransformator mit der Ständerwicklung 30 und der Läuferwicklung 31, entnommen. Der Transformator 29 dient dazu, die phasenverschobene Spannung auf einen der Glimmlampe 28 angemessenen Betrag zu bringen. In Reihe" mit der Glimmlampe 28 ist noch ein Kondensator 32 eingeschaltet, welcher dazu dient, eine Gleichstromkomponente, welche in der an der Glimmlampe liegenden Spannung etwa vor-

handen sein könnte, zu beseitigen. -Hierdurch wird vermieden, daß die Glimmlampe bei positiven und negativen Spannungshalbwellen zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb der Halbwelle zündet.

Wenn, wie in der Abb. 4 dargestellt, der Strom in der Erregerwicklung 14 über eine besondere Erregermaschine 15, 16 beeinflußt wird, können Pendelungen der Generatorspannung auftreten, deren Periodendauer durch die Zeitkonstante der Erregerwicklungsstromkreise bestimmt ist. Um derartige Pendelungen zu unterdrücken, ist der Glimmlampe 28 noch ein Zusatzkreis, bestehend aus dem Kondensator 33 und dem Widerstand 34, vorgeschaltet. Diese Größen werden so gewählt, daß die Zeitkonstante des Glimmlampenstromkreises ungefähr gleich der Zeitkonstante des langsamsten Erregerstromkreises wird. ao Die in Abb. 4 dargestellte Ausführungsform arbeitet im wesentlichen ebenso wie die in Abb. 1 dargestellte. Wenn die Spannung des Generators 12 unterhalb der Durchbruchsspannung' der Glimmlampe 28 liegt,. ist das Gitterpotential der Gefäße 18, 19 durch die positive Gitterspannungsquelle 25 gegeben, und die Entladungsgefäße lassen während der ganzen Dauer beider Halbwellen Strom passieren. Es sei angenommen, daß das Gefäß 18 während der positiven, das Gefäß 19 während der negativen Generatorspannungshalbwellen in Betrieb sei. Wenn dann auf eine positive Halbwelle, während deren ganzer Dauer das Gefäß 18 Strom geführt hat, eine negative Halbwelle folgt, deren Spannungsspitze die Durchbruchsspannung der Glimmlampe 28 überschreitet, wird das Steuerpotential der Röhre 18 vermindert, da die Kondensatoren 23 und 24 eine solche Ladung erhalten, daß die gitterseitige Belegung des Kondensators 24 positiv gegenüber seiner anderen Belegung, die gitterseitige des Kondensators 23 dagegen negativ gegenüber seiner anderen • . Belegung gemacht wird. Wenn die Anodenspannung des Gefäßes 18 nun wieder positiv wird, setzt die Entladung zu Beginn der Halbwelle noch" nicht wieder ein, sondern erst in einem Zeitpunkt, der innerhalb der Halbwelle liegt und von ihrem Beginn eine um so größere Entfernung besitzt, je langsamer die Ladung des Kondensators 23 abklingt. In ähnlicher'Weise werden, wenn die Zündspannung der Glimmlampe 28 überschritten wird, während der negativen Generatorspannungshalbwelle die Kondensatoren 23 und 24 in umgekehrter Richtung aufgeladen, so daß das Gitterpotential des Gefäßes 19 zum mindesten am Anfang der negativen Generatorspannungshalbwelle negativ ist. Die Gefäße 18 und 19 lassen daher nur während eines Teiles der Generatorspannungshalbwelle Strom passieren> so daß der Erregerstrom für die Erregermaschine 15, 16 vermindert wird und demgemäß auch die Erregerstromstärke des Generators 12 abnimmt.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Spannungsregelung von Wechselstromgeneratoren, deren Erregerwicklung über gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Gleichrichterschaltung aus dem Wechselstromnetz gespeist wird, gekennzeichnet durch eine im Steuerkreis der Dampf- oder Gasentladungsstrecken angeordnete, an eine von der zu regelnden Spannung abhängige Spannung angeschlossene ungesteuerte Entladungsstrecke, vorzugsweise eine Glimmröhre (8, 28), die bei einer bestimmten Abweichung der zu regelnden Spannung vom Sollwert nach oben zündet und damit die Erregung derart steuert, daß die zu regelnde Spannung den Sollwert unterschreitet, und die bei Abweichungen der zu regelnden Spannung vom Sollwert nach unten gesperrt ist, wodurch die Erregung derart beeinflußt wird, daß die zu regelnde Spannung den Sollwert wieder überschreitet, so daß eine Regelwirkung nach Art eines Tirrillreglers ■ entsteht.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Entladungsstrecke (Glimmlampe) ein oder mehrere Kondensatoren (10, 23, 24) aufgeladen werden, die in den Gitterkreisen der- den Erregerstrom liefernden Entladungsstrecken liegen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Kondensatoren Widerstände (11, 26, 27) parallel liegen, derart, daß die Kondensatoren sich in der auf die Brenndauer der Entladungsstrecke (Glimmlampe) folgenden Brennpause langsam entladen und die den Erregerstrom liefernden Entladungsgefäße früher oder später innerhalb einer Halbperiode zünden.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Entladungsstrecke (Glimmlampe) liegende Spannung der zu regelnden Spannung gegenüber in der Phase verschoben ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ent-' ladungsgefäße (18, 19) vorgesehen sind, derart, daß während jeder der Halbwellen der zu regelnden Spannung Erregerstrom - fließt. ^?
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Entladungsstrecke (Glimmlampe) ein

   Unterdrückung Generatorspan-

   Zusatzkreis (33, 34) zur
   von Pendelungen in der
   nung eingeschaltet ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der seitens* der gittergesteuerten Entladungsgefäße gespeisten Wicklung Einrichtungen (22) zur Unterdrückung von Oberwellen in dem Erregerstrom vor- oder parallel ge-' schaltet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen